Жантугулов Т.Ж., Болат Е.Б.

Костанайский государственный университет им. А. Байтурсынова, Республика Казахстан

Исследование процессов экструдирования

При экструдировании многокомпонентного корма улучшается его химический состав и происходят процессы, схожие с процессами, происходящими в органах пищеварения животного, что позволяет энергию корма направить на строение организма животного.

Для повышения качества экструдата нами был предложен и изготовлен вал экструдера, у которого кромка винта, прилегающая к корпусу, изготовлена под углом в направлении подачи корма. В проведенных исследованиях рассмотрено влияние различных факторов на величину угла защемления: состав корма, его физико-механическое состояние, поверхность скоса изготавливалась гладкой и рифленой, менялся диаметр вала экструдеры.

Эксперименты проводились по стандартным планам Бокса-Бенкена и Рехрлафнера, обработка результатов экспериментов позволила получить уравнения регрессии.

По плану Бокса – Бенкена (винтовая поверхность без скоса)

Y = 4.9 + 2,05Х1 +1,77Х3 + 0,54Х1Х3 + 0,73Х2Х3 + 0,45Х2Х4 + 1,58(Х1)2 +0,79(Х2)2 + 0,73(Х3)2 + 0,8(Х4)2

Уравнение регрессии эксперимента, проведенного по плану Рехтшафнера, получено обработкой при помощи программы Matcad-14 (винтовая поверхность с углом скоса)

Y= 9,06 + 1,83Х1+0,41Х2+0,65Х3+0,29Х4+0,30Х5-0,58Х1Х5+0,63Х2Х4+0,32Х3Х4+0,32Х4Х5+1,63Х12-0,84Х22-1,12Х32+0,01Х42-0,06Х52

Адекватность полученных моделей проверили по критерию Фишера. В результате сравнения моделей при помощи программы Matcad-14 получили оптимизационные данные:

Для базового варианта (винтовая поверхность без скоса)

Ymax=10.284 кг/кВ•ч;Ymin=0.549кг/кВ•ч

для экспериментального варианта (поверхность с углом скоса)

Ymax=13.219 кг/кВ•ч;Ymin5.051 кг/кВ•ч

При раскодировке получили оптимальные значения факторов при экструдировании кормосмеси: угол скоса винтовой поверхности 5º, частота вращения винта экструдера 60 об/мин; содержание воды в кормосмеси 50%; отношение длины к диаметров фильера 2,34; содержание соломы в кормосмеси 33%.

В результате проведенных экспериментах подтверждены теоретические исследования (с коэффициентом корреляции 0,72). Сопоставление результатов экспериментов показало повышение эффективности экструдирования разработанным экструдером на 20%, по сравнению с базовым вариантом.

Дальнейшее исследования работы экструдеров были направлены на сопоставительный анализ, для этого изменили состав кормосмеси, применили вал с меньшим диаметром. В качестве корма взяли монокорм (т.е. смесь, состоящую из однородных по составу материалов).

Эксперименты проводились по стандартным планам Песочинского (для прямой винтовой поверхности) и Бокса – Бенкена (винтовая поверхность с углом скоса).

В качестве факторов были приняты: частота вращения вала (Х1): влажность кормосмеси (Х2); длина фильера в отношении к сумме диаметров выходного отверстия (Х3); угол скоса винтовой поверхности (Х4).Уровни варьирования факторов определены в интервале в интервале от -1 до 1 .

Проведение экспериментов позволили получить данные для сравнений производительности экструдера при прямой винтовой поверхности и при поверхности с углом скоса. При обработке результатов экспериментов получены уравнения регрессии:

По плану Песочинского (прямая винтовая поверхность)

Y=18.15+5.28X1+3.36X3+1.52X2X3+1.53X1-1.12X2²-1.425X3²; кг/кВ•ч (3)

Ymax=27.90 кг/кВ•ч 4; Ymin=6.485 кг/кВ•ч

По плану Бокса-Бенкена (поверхность скосом)

Y=24-5.03X1+3.28X2+2.21X3+2.75X4+1.92X1X2+0.948X1X3+1.34X1X4+

0.99X1²+0.99X3²+2.62X4²; кг/кВ•ч (4)

Ymax=36.078 кг/кВ·ч;

Ymin=6.485 кг/кВ•ч.

где Y=Q/N; кг/кВ•ч, удельная производительность экструдера. (5)

Q-производительность экструдера, N – мощность, затрачиваемая на процесс.

Значения максимальной и минимальной удельной производительности получены при помощи программы «Mathcad -14», после обработки уравнений (3) и (4).

При раскодировке значений факторов получили: частота вращения вала экструдера (60 об/мин); содержание воды в кормосмеси (50%); соотношение длины и диаметров выходных отверстий фильер (3); угол скоса винтовой поверхности (25 градусов).

Исследования подтвердили теоретические предположения о повышении производительности экструдера при изменении винтовой поверхности с углом скоса в направлении подачи корма.

Состава кормосмеси влияет на угол скоса винтовой поверхности (при переработке монорациона он составил 5 градусов, при переработке моно корма он составил 25 градусов).

Так же следует отметить повышение производительности экструдера при увеличении длины фильер в отношении к сумме диаметров выходных отверстий.

Литература

1. Гаврилов Н.В Автореферат диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Оренбург 2005г.-19с.

2. Курманов А. К., Гаврилов Н. В, Хасенов У. Б., Смолякова В. Н., Экспериментальные исследования отдельных конструктивных параметров экструдера. Вестник науки КГУ №2, 2004-с.51-53.